Yu.L. Klimontovich (
MGU im. M.V.Lomonosova)
Opublikovano v
Sorosovskom obrazovatel'nom zhurnale, N 8, 1996 g.
Soderzhanie
Iz nazvaniya sleduet, chto rech' poidet ob otkrytyh sistemah, kotorye mogut obmenivat'sya s okruzhayushimi telami energiei, veshestvom i, chto ne menee vazhno,
informaciei.
Zdes' budut rassmatrivat'sya
makroskopicheskie otkrytye sistemy. Oni sostoyat iz mnogih ob'ektov, prinimaemyh za elementy struktury. Eti elementy mogut byt' mikroskopicheskimi, naprimer, atomy ili molekuly v fizicheskih i himicheskih sistemah. Oni, odnako, mogut byt' malymi, no vse zhe makroskopicheskimi. Eto, naprimer,
makromolekuly v
polimerah, kletki v biologicheskih strukturah. Oni mogut byt' i ne malymi telami, naprimer "elementarnye" ob'ekty v
sociologii.
Imenno blagodarya slozhnosti otkrytyh sistem v nih vozmozhno obrazovanie razlichnogo roda struktur. Pri etom vsya
dissipaciya igraet pri obrazovanii struktur konstruktivnuyu rol'. Eto kazhetsya, na pervyi vzglyad, udivitel'nym, tak kak ponyatie
dissipacii associiruetsya s zatuhaniem razlichnogo roda dvizhenii, s rasseyaniem energii, s poterei informacii. Odnako, i eto chrezvychaino sushestvenno, dissipaciya neobhodima dlya obrazovaniya struktur v otkrytyh sistemah.
Chtoby podcherknut' eto obstoyatel'stvo, Il'ya Prigozhin vvel termin "
dissipativnye struktury". Eto chrezvychaino emkoe i tochnoe nazvanie ob'edinyaet vse vidy struktur: vremennye, naprimer
avtokolebaniya v generatore, prostranstvennye, naprimer yacheiki Benara na poverhnosti zhidkosti, i, nakonec, naibolee obshie prostranstvenno-vremennye struktury. Primerom poslednih mogut sluzhit'
avtovolny na poverhnosti zhidkosti.
Slozhnost' otkrytyh sistem predostavlyaet shirokie vozmozhnosti dlya sushestvovaniya v nih
kollektivnyh yavlenii. Chtoby podcherknut' rol' kollektiva, rol' kooperacii pri obrazovanii dissipativnyh struktur, German Haken vvel termin sinergetika, chto oznachaet sovmestnoe deistvie.
Sinergetika - ne samostoyatel'naya nauchnaya disciplina, no novoe mezhdisciplinarnoe nauchnoe napravlenie; cel' sinergetiki - vyyavlenie obshih idei, obshih metodov i obshih zakonomernostei v samyh raznyh oblastyah estestvoznaniya, a takzhe sociologii i dazhe
lingvistiki; bolee togo, v ramkah sinergetiki proishodit kooperirovanie razlichnyh special'nyh disciplin.
Sinergetika rodilas' na baze termodinamiki i statisticheskoi fiziki. Slovo "fizika" v nazvanii etoi stat'i podcherkivaet, chto v osnove teorii otkrytyh sistem lezhat fundamental'nye fizicheskie zakony.
Evolyuciya - eto process izmeneniya, razvitiya v prirode i obshestve. Takoe ponyatie yavlyaetsya ochen' obshim. V fizicheskih zamknutyh sistemah evolyuciya vo vremeni privodit k
ravnovesnomu sostoyaniyu. Emu otvechaet, kak pokazal vpervye Bol'cman na primere razrezhennogo gaza, maksimal'naya stepen' haotichnosti. V otkrytyh zhe sistemah mozhno vydelit' dva klassa evolyucionnyh processov.
- Vremennaya evolyuciya k ravnovesnomu (neravnovesnomu, no stacionarnomu) sostoyaniyu.
- Process evolyucii idet cherez posledovatel'nost' neravnovesnyh stacionarnyh sostoyanii otkrytoi sistemy. Smena stacionarnyh sostoyanii proishodit blagodarya medlennomu izmeneniyu tak nazyvaemyh upravlyayushih parametrov.
Teoriya evolyucii Darvina osnovana na principe estestvennogo otbora. Pri etom evolyuciya mozhet vesti libo k degradacii, libo predstavlyat' soboi process samoorganizacii, v hode kotorogo voznikayut bolee slozhnye i bolee sovershennye struktury. Samoorganizaciya yavlyaetsya, takim obrazom, ne edinstvennym rezul'tatom evolyucii. Ni v fizicheskih, ni dazhe v biologicheskih sistemah ne zalozheno "vnutrennee stremlenie" k samoorganizacii. Fizicheskim primerom degradacii mozhet sluzhit' vremennaya evolyuciya k ravnovesnomu sostoyaniyu zamknutoi sistemy.
Takim obrazom, samoorganizaciya - lish' odin iz vozmozhnyh putei evolyucii. Dlya otveta na vopros, po kakomu puti budet razvivat'sya process, nado imet' kriterii samoorganizacii. Pri etom net neobhodimosti davat' opredeleniya takih fundamental'nyh ponyatii, kak degradaciya i samoorganizaciya. Takie opredeleniya ochen' trudny i, chto sushestvenno, ne odnoznachny. Bolee vazhnym yavlyaetsya sravnitel'nyi analiz otnositel'noi stepeni uporyadochennosti (ili haotichnosti) razlichnyh sostoyanii rassmatrivaemoi otkrytoi sistemy. Tol'ko takoi analiz mozhet dat' otvet na vopros: yavlyaetsya li rassmatrivaemyi v otkrytoi sisteme process evolyucii samoorganizaciei ili degradaciei?
My uzhe ispol'zovali ponyatiya haos i poryadok. Kak zhe otlichit' poryadok ot haosa? V ryade sluchaev takoe otlichie predstavlyaetsya ochevidnym. Odnako sravnenie, naprimer,
laminarnyh i
turbulentnyh techenii pokazyvaet, chto kazhushiisya ochevidnym vyvod mozhet okazat'sya vse zhe nepravil'nym. Dlya polucheniya bolee obosnovannyh otvetov i nuzhny, kak uzhe govorilos', kolichestvennye kriterii otnositel'noi stepeni uporyadochnosti (ili haotichnosti) razlichnyh sostoyanii otkrytyh sistem.
Rezul'taty takogo analiza ob'ektivny i dayut dopolnitel'nuyu informaciyu. Osnovnaya informaciya sostoit v ustanovlenii nekotoroi "
normy haotichnosti", a takzhe v ustanovlenii otklonenii ot normy (v tu ili inuyu storonu) pod vliyaniem teh ili inyh vozdeistvii. V biologii eto mogut byt' razlichnye stressy, kotorye i vyzyvayut otkloneniya stepeni haotichnosti ot normy. Pri etom otkloneniya v tu i druguyu storony mogut oznachat' "bolezn'" i, sledovatel'no, predstavlyat' soboi process degradacii.
Takim obrazom, daleko ne vsegda konstataciya (po vybrannomu kriteriyu) umen'sheniya stepeni haotichnosti oznachaet nalichie samoorganizacii i, naoborot, konstataciya uvelicheniya stepeni haotichnosti oznachaet nalichie degradacii. Takie vyvody pravomerny tol'ko v teh otkrytyh fizicheskih sistemah, kogda za nachalo otscheta stepeni haotichnosti mozhno prinyat' sostoyanie
teplovogo ravnovesiya. V takoi otkrytoi sisteme, kak, naprimer, generator
elektricheskih kolebanii, ravnovesnomu sostoyaniyu, to est' sostoyaniyu pri nulevoi obratnoi svyazi, otvechayut teplovye kolebaniya v elektricheskom konture.
Poskol'ku normal'noe funkcionirovanie organizma vozmozhno lish' pri nekotoroi norme haotichnosti, kotoraya otvechaet sushestvenno neravnovesnomu sostoyaniyu, to ukazannoi vyshe tochki otscheta zdes' ne sushestvuet. Po etoi prichine v biologii, a takzhe, konechno, v ekonomike i sociologii ob'ektivnaya informaciya ob izmenenii stepeni haotichnosti eshe nedostatochna, chtoby delat' vyvod o nalichii processa samoorganizacii ili degradacii.
Zdes' celesoobrazna drugaya klassifikaciya. Esli udaetsya ustanovit' dlya dannoi sistemy normu haotichnosti, to otkloneniya v obe storony mozhno rassmatrivat' kak "bolezn'" i, sledovatel'no, kak degradaciyu. Dalee mozhno kontrolirovat' vybor metodiki "lecheniya". Zdes' snova vstupaet v igru kriterii otnositel'noi stepeni uporyadochennosti. Esli po etomu kriteriyu "lechenie" priblizhaet sostoyanie otkrytoi sistemy k norme, to imeet mesto process samoorganizacii. V protivnom sluchae "lechenie" vyzyvaet dal'neishuyu degradaciyu.
No kakovy zhe kriterii otnositel'noi stepeni uporyadochennosti? Chto yavlyaetsya otnositel'noi meroi poryadka ili besporyadka? Eto ochen' slozhnye voprosy, i otvety na nih byli polucheny sovsem nedavno.
Trudnosti vvedeniya otnositel'noi mery uporyadochennosti (ili, naprotiv, haotichnosti) otkrytyh sistem svyazany v pervuyu ochered' s otsutstviem chetkih opredelenii samih ishodnyh ponyatii: haos, poryadok, degradaciya, samoorganizaciya. Opredeleniya etih ponyatii, kak uzhe otmechalos', yavlyayutsya v bol'shoi mere uslovnymi. My tol'ko chto otmetili, chto daleko ne vsegda, osobenno v biologii, a takzhe sociologii i ekonomike, perehod k bolee haoticheskomu sostoyaniyu sleduet rassmatrivat' kak degradaciyu. Sushestvennym yavlyaetsya rassmotrenie otklonenii ot normy haotichnosti.
V svyazi s izlozhennym polezno rassmotret' osnovnye ponyatiya bolee podrobno. Eto i otkroet nam put' dlya formulirovki kriteriya otnositel'noi stepeni uporyadochennosti, bez kotorogo sami ponyatiya degradacii i samoorganizacii ostayutsya fakticheski bessoderzhatel'nymi.
Nazad | Vpered
